油气井碳纳米管(CNTs)复合固井水泥断裂性能热损伤机制

利用半圆盘三点弯曲试验研究碳纳米管(CNTs)质量分数分别为0.05%、0.10%和0.30%的复合固井水泥试样在25、50、100和200℃下断裂力学性能损伤规律。研究结果表明:随外部温度增高,CNTs复合固井水泥试样三点弯曲加载下断裂形式由脆断过渡为韧性断裂;CNTs质量分数相同的试样Ⅰ型断裂韧度随外部温度的增高呈对数形式降低;CNTs复合固井水泥试样断裂速率随外部温度升高呈指数下降趋势,与材料在高温下由脆转韧的规律一致;随着外部温度升高试样断裂压缩功降低,温度对CNTs复合固井水泥材料的热损伤效应非常显著。CNTs质量分数为0.10%时,CNTs加入能协调水化矿物间的热膨胀差异,提升CNTs复合固井水泥材料高温下的抗裂性能。

碳纳米管固井水泥复合材料抗腐蚀及力学性能研究

为解决油田地层水在固井水泥中的渗透腐蚀造成套管损坏及环空带压问题,同时优化其力学性能,以纳米材料作为水泥基材料的增强组份,掺加碳纳米管(CNTs)制备了一种碳纳米管固井水泥复合材料。通过非共价键修饰法筛选多种碳纳米管分散剂,从其分散能力和悬浮液的稳定性确定了最优分散剂;研究了碳纳米管固井水泥复合材料的抗压、抗拉力学性能,通过测试强度及孔渗特征变化来对复合材料的抗腐蚀性进行了评价。结果表明,当碳纳米管的掺量为0.03%时,碳纳米管固井水泥复合材料可将水泥石的抗压、抗拉强度分别提高50%、30%以上,其腐蚀60 d的强度衰退和孔隙度增大率均小于5%、渗透率增大率小于1%、有效抑制了有害孔(大于0.1μm)的产生,具有较好的抗腐蚀渗透性能。该水泥复合材料优良的抗腐蚀性、高抗压、高抗拉特性(韧性),对多级缝网压裂水平井开发具有重要的应用价值。